Tratamento de argila montmorilonítica para a produção de nanocompósitos poliméricos com retardo de propagação de chama

Compared to conventional composites, polymer matrix nanocomposites typically exhibit enhanced properties at a significantly lower filler volume fraction. Studies published in the literature indicate t hat the addition of nanosilicate s can increase the resistance to flame propagation in polymers. In this work, a treatment of montmorillonite (MMT) nano clay and the effect of its ad dition o n flame propagation characteristics of vinyl ester were studied. The resea rch was conducted in two stages. The first stage focused on the purification and activation of the MMT clay collected from a natural deposit to improve compatibility with the polymer matrix . Clay modification with sodium acetate was also studied to improve particle dispersion in the polymer. The second step was focused on the effect of the addition of the treated clay on nanocomposites ’ properties. Nanocomposites with clay con tents of 1, 2, 4 wt. % were processed. T he techniques for the characterization of the clay included X - ray fluorescence (XRF), X - r ay d iffraction (XRD), thermogravimetric a nalysis (TGA), d ifferential scanning c alorimetry (DSC) , s urface area (BET) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). For t he characterization of the nanocomposites , the techniques used were thermogravimetric a nalysis (TGA) , differential scanning c alorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) , scanning electron mi croscopy (SEM), transmission electron m icroscopy (TEM), and the determination of tensile strength, modulus of elasticity and resistance to flame propagation. According to the results, the purification and activation treatment with freeze - drying used in thi s work for the montmorillonite clay was efficient to promote compatibility and dispersion in the polymer matrix as evidenced by the characterization of the nanocomposite s . It was also observed that the clay modifica tion using sodium acetate did not produce any significant effect to improve compatibilization of the clay with the polymer. The addition of the treated MMT resulted in a reduction of up to 53% in the polymer flame propagation speed and did not affect the mechanical tensile strength and modulus o f elas ticity of the polymer, indicating compatibility between the clay and polymer. The effectiveness in reducing flame propagation speed peaked for nanocomposites with 2 wt. % clay, indicating that this is the optimum clay concentration for this property. T he clay treatment used in this work enables the production of vinylester matrix nanocomposites with flame - retardancy properties .

Comparados aos compósitos convencionais, os nanocompósitos de matriz polimérica apresentam tipicamente ganhos de propriedades com uma fração de volume de fase dispersa significativamente menor. Estudos publicados na literatura indicam que a adição de nanosilicatos pode aumentar a resistência à propagação de chamas de polímeros. Neste trabalho, um processo de tratamento de argila nanométrica do tipo montmorilonita (MMT) e o efeito da sua adição na propagação de chamas da resina estervinílica foram estudados. A pesquisa foi desenvolvida em duas etapas. A primeira consistiu na purificação e ativação da argila coletada de uma jazida natural para permitir a sua compatibilização com a resina polimérica. Uma modificação da argila com acetato de sódio foi também estudada para melhorar a dispersão do particulado no polímero. A etapa seguinte focou no estudo do efeito da adição da argila tratada nas propriedades dos nanocompósitos. Nanocompósitos com percentuais de argila de 1%, 2%, 4% em massa foram processados. Na caracterização da argila utilizaram-se as técnicas de fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise de área superficial (BET) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Na caracterização dos nanocompósitos foram utilizadas as técnicas de termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), além da determinação da resistência à tração, módulo de elasticidade e resistência à propagação de chamas. De acordo com os resultados obtidos, o tratamento de purificação e ativação da montmorilonita desenvolvido neste trabalho com secagem da argila por liofilização mostrou-se eficiente para promover sua compatibilização e dispersão na matriz polimérica como comprovado pela caracterização dos nanocompósitos. Observou-se ainda que a modificação da argila por meio de acetato de sódio não produziu impacto significativo como compatibilizante da argila com o polímero. A adição da MMT tratada resultou em uma redução de até 53% na velocidade de propagação de chama do polímero e não produziu alteração na resistência mecânica à tração e módulo de elasticidade do polímero, o que indica compatibilização entre argila e polímero. A eficiência na redução de velocidade de propagação de chamas atingiu um pico para os nanocompósitos com 2% de argila, indicando ser este o valor ótimo de concentração de argila para esta propriedade. Em resumo, o tratamento de argila montmorilonítica desenvolvido neste trabalho permite a produção de nanocompósitos de matriz estervinílica com propriedade de retardo de propagação de chamas sem comprometimento de suas propriedades mecânicas